納米技術在脊髓損傷治療中的應用

[摘要]"脊髓損傷（spinal"cord"injury，SCI）常導致患者功能障礙，顯著降低患者生活質量。隨著醫學技術的不斷發展，納米技術作為一種新興治療手段，逐漸應用于SCI的研究與治療。近年來，研究者深入探討納米材料的獨特性質，發現其在神經修復、藥物遞送、組織工程及生物傳感器等領域具有廣泛的應用前景。納米技術不僅能提高藥物的生物相容性與靶向性，還能促進神經細胞的再生與修復。盡管納米技術在SCI治療中展現出巨大潛力，仍面臨許多挑戰，包括材料安全性、治療效果的持久性及臨床應用的可行性等問題。本文綜述納米技術在SCI治療現有研究成果。

[關鍵詞]"納米技術；脊髓損傷；神經修復；藥物遞送

[中圖分類號]"R681.5""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.14.024

脊髓損傷（spinal"cord"injury，SCI）是由于外部沖擊或內部因素導致脊髓結構破壞，從而影響中樞神經系統功能。這種損傷常引起嚴重的運動、感覺及自主神經功能障礙，顯著影響患者的生活質量。全球每年有數十萬例新發SCI，受影響的患者常面臨長期的身體與心理挑戰[1]。盡管目前已存在多種治療手段，如手術、藥物治療和康復訓練等，但這些傳統療法在修復受損神經纖維和促進神經再生方面的效果依然有限[2]。因此，迫切需要開發新的治療策略，改善SCI患者的預后。

近年來，納米技術的興起為SCI治療帶來新的希望。納米技術在醫學中的應用前景廣闊，尤其是在藥物遞送、組織工程與再生醫學等領域。借助納米材料的獨特物理化學性質，可設計出創新的治療方案，旨在促進神經再生和功能恢復[3]。納米技術還可與干細胞療法結合，進一步促進脊髓的修復與再生[4-5]。本文探討SCI的定義及臨床影響，分析傳統治療方法的局限性，并重點討論納米技術在SCI治療中的最新進展及未來前景。

1""納米材料的特性與分類

納米顆粒是直徑1～100nm的微小顆粒，憑借其獨特的物理和化學特性，在生物醫學、材料科學等領域展現出廣泛的應用潛力。納米顆粒通常由核心和表面修飾層組成，核心部分可以是金屬、半導體或聚合物等；表面修飾層可通過化學修飾或功能化增強其生物相容性和靶向性。金屬納米顆粒如金、銀等，由于其卓越的導電性和光學特性，常被應用于生物傳感器和藥物遞送系統中[1]。此外，納米顆粒具有較高的比表面積，使其在催化和藥物釋放等應用中展現出卓越的性能，有助于提高反應速率并增加藥物的生物利用度[4]。常見的納米材料包括金屬納米材料、聚合物納米材料和碳基納米材料等。金屬納米材料因其優異的電導性、催化活性和抗菌特性，廣泛應用于生物醫學、傳感器和催化劑等領域[2]。聚合物納米材料通常用于制備具有良好生物相容性的載體，能有效包裹藥物并實現靶向釋放，尤其在癌癥治療中展現出良好的應用前景[3]。碳基納米材料（如石墨烯和碳納米管）因其出色的力學性能和導電性，廣泛應用于生物傳感器、藥物遞送及能量存儲等領域[6]。這些納米材料的多樣性和功能性為治療SCI等復雜疾病提供新的思路和方法，尤其在促進神經再生和修復方面具有重要的應用潛力[7]。

2""納米技術在神經修復中的應用

2.1""納米材料促進神經再生的機制

納米材料在神經再生中的應用主要依賴于其獨特的物理化學特性，這些特性使其能與生物體內的細胞和組織進行有效的相互作用。首先，納米材料的高表面積與體積比使其能提供更多的活性位點，增強細胞的附著和增殖能力。研究表明使用自組裝的肽納米纖維可有效支持神經元的黏附和存活，并促進神經突起的生長[8]。此外，納米材料還可通過調節微環境中的生物化學信號促進神經再生，如通過釋放生長因子或其他生物活性分子刺激細胞的增殖與分化[7]。納米材料的導電性和機械性能也可通過電刺激等方式增強神經再生的效果[9]。這些機制的結合使得納米材料在神經再生中展現出巨大潛力。

2.2""納米支架在SCI修復中的研究進展

納米支架作為一種新興的生物材料，已在SCI修復研究中取得顯著進展。這些支架不僅提供物理支持，還能通過其結構特性和生物相容性促進神經細胞的再生。研究表明，利用電紡絲技術制備的納米支架可有效引導神經元生長，并通過控制藥物釋放來增強修復效果[10]。此外，近年來的研究還探討將生物活性分子與納米支架結合的策略，以增強其促進神經再生的能力。結合生長因子或細胞因子的納米支架在動物模型中顯示出良好的神經再生效果[9]。盡管目前研究主要集中在動物實驗階段，這些進展為未來臨床應用提供重要基礎，預示納米支架在SCI修復中前景廣闊。

3""納米藥物遞送系統的開發

近年來納米藥物遞送系統（nano"drug"delivery"systems，NDDS）在藥物傳遞和控制釋放方面展現出顯著優勢，尤其在SCI治療中。納米載體的設計通常涉及多種材料，包括無機納米材料、脂質基納米材料和高分子材料等，材料的選擇依據其生物相容性、藥物載荷能力及釋放特性[11-12]。納米載體的主要優勢在于其能提高藥物的生物利用度，降低毒性，并改善藥物在靶組織中的選擇性分布。脂質納米顆粒通過增強藥物的穩定性和溶解度，顯著提高藥物在SCI部位的濃度，增強治療效果[13-14]。此外，納米載體還能通過表面修飾實現靶向遞送，進一步提高治療的特異性與有效性[15]。這些特點使得NDDS在SCI治療中展現出廣闊的應用前景。關于臨床前研究和臨床應用，NDDS已取得顯著進展。研究表明納米載體能有效將藥物遞送至受損的SCI部位，促進神經再生和功能恢復。納米顆粒能有效遞送抗炎藥物，顯著減輕SCI后的炎癥反應，改善神經功能[1-2]。部分臨床前研究還探討納米載體與干細胞聯合應用的策略，通過納米技術提高干細胞的存活率與遷移能力[14]。盡管目前尚無大規模臨床試驗完全驗證NDDS在SCI治療中的效果，但正在進行的臨床試驗已顯示出良好前景，尤其是在生物材料與納米技術結合的治療策略中[3]。這些研究可為納米技術在SCI未來治療中的應用奠定基礎，為進一步的臨床轉化提供重要理論支持。

4""組織工程與再生醫學中的納米技術

納米技術在細胞培養和組織構建中展現出巨大的潛力，尤其在SCI治療領域。通過利用納米材料的獨特物理化學特性，研究人員能開發出更高效的細胞培養基和生物支架，促進細胞的附著、增殖和分化。這些納米結構不僅能提供更接近生理環境的微環境，還能通過調控細胞與支架間的相互作用增強組織的再生能力。納米纖維和納米顆粒可被設計為特定形狀和尺寸，模擬細胞外基質的特性，為細胞提供更好的生長基礎[16]。此外，納米技術還可通過藥物遞送系統實現對細胞的精確調控，促進細胞的生長和功能恢復，這在SCI治療中尤為重要[7]。因此，納米技術的應用不僅提高細胞培養的效率，也為組織工程提供新的解決方案，推動再生醫學的發展。在SCI研究中，組織工程技術的應用為理解和治療這一復雜疾病提供新的視角。通過構建3D生物支架，研究人員可模擬脊髓的微環境，促進神經元的再生和功能恢復。近年來，許多研究集中于開發具有各向異性特性的支架，以更好地支持神經纖維的生長與連接[17]。這些支架不僅提供結構支持，還能通過釋放生長因子和細胞信號分子促進神經細胞的存活與再生。此外，結合干細胞治療與組織工程的策略，研究人員正探索如何通過細胞移植與生物材料的結合改善SCI后的修復效果[18-19]。

5""納米傳感器在SCI監測中的應用

納米傳感器是一種利用納米材料獨特性質檢測和監測生物或化學信號的設備，其工作原理通常基于納米材料的表面效應、量子效應及高比表面積等特性。當外部刺激（如溫度、pH值、化學物質濃度等）作用于傳感器時，納米材料的電學、光學或化學性質發生變化，從而引發可測量的信號。這些信號可通過電流、光信號或其他物理量的變化進行讀取與分析。近年來，隨著納米技術的發展，納米傳感器在生物醫學領域的應用引起廣泛關注，尤其在SCI的監測與診斷中，納米傳感器可提供高靈敏度和高選擇性的檢測能力，幫助醫生及時評估損傷程度并監測恢復進程[20-21]。在SCI的早期診斷中，納米傳感器展現出巨大的潛力。雖然傳統影像學檢查方法（如MRI和CT）能提供SCI的結構信息，但通常無法實時監測損傷后的生理變化。納米傳感器可通過檢測特定生物標志物的變化，提供有關損傷狀態的實時信息。如某些納米傳感器能識別與SCI相關的炎癥因子或氧化應激標志物，從而在損傷發生后的短時間內提供診斷依據。這種早期診斷能力不僅有助于及時干預治療，還能為后續康復提供指導[9-10]。此外，納米傳感器的微型化和便攜性使其在臨床應用中更具優勢，能在不同環境下進行監測，提高SCI患者的管理水平[22-23]。隨著納米技術的不斷進步，未來納米傳感器在SCI監測中的應用將更加廣泛，可能推動個性化醫療的發展。

6""納米技術臨床轉化中的挑戰

納米技術的臨床轉化面臨一系列關鍵的挑戰，必須解決這些問題才能實現其臨床應用。首先，標準化和可重復性是一個核心難題。納米材料的性能和效果往往依賴實驗室環境中的高度控制條件，而這些條件在臨床環境中難以完全復制。如何保證大規模生產過程中不同批次材料間的一致性成為確保其臨床效果和安全性的關鍵。為解決這一問題，必須制定嚴格的質量控制標準并優化生產工藝。其次，納米材料的生物相容性問題仍未完全解決。雖然納米技術在實驗室中表現出優異性能，但這些材料的生物降解性、毒性和可引發的免疫反應需要大量的臨床前研究驗證。某些納米材料可在體內積聚，導致長期不良反應，甚至影響器官功能。系統的生物相容性評估和長期安全性研究是推動納米技術走向臨床應用的必要前提。再者，臨床試驗設計也是一個重要問題。納米技術的臨床試驗設計需要考慮與傳統治療方法的比較、不同患者群體的適應性等復雜因素。特別是需要對納米材料在體內的長期效果和潛在風險進行充分評估；且患者知情同意過程可變得更加復雜，因為納米技術的潛在影響不僅局限于直接治療效果，還涉及到納米材料本身的未知風險。合理的倫理審查和嚴格的臨床試驗設計顯得尤為重要。另外，監管審批也是納米技術面臨的重要挑戰之一。不同地區對納米材料的監管標準差異較大，許多地方缺乏統一的審批程序，導致納米技術的臨床應用進程較慢。盡管許多納米材料具有巨大的治療潛力，但缺乏明確的監管框架可能延遲其應用。需要加強監管政策的協調，建立統一的審批框架。此外，規模化生產也是從實驗室到臨床應用的一個重大挑戰。在實驗室規模下，納米材料的生產常常能得到高度控制，但如何在大規模生產中保證材料的一致性和質量仍是一個問題。納米材料的大規模生產工藝需要不斷優化，確保產品質量的穩定，并降低生產成本。最后，成本效益問題也是納米技術推廣中的制約因素之一。納米技術的研發和臨床應用涉及較高的資金投入，而臨床治療的成本較高，這可能影響其在日常醫療中的普及。如何平衡技術創新與成本控制，確保納米技術的經濟可行性，是推動納米技術走向臨床的關鍵。

通過加強多學科合作、持續的技術創新和完善的監管體系建設，盡管這些挑戰艱巨，但可以逐步克服，為納米技術的臨床應用鋪平道路。

7""結論

在SCI治療領域，納米技術的應用展現出前所未有的潛力，為傳統治療方法提供新的思路和解決方案。通過納米材料的獨特性質，如增強的生物相容性和靶向藥物釋放能力，研究者正在逐步克服SCI后神經再生的障礙。然而，盡管當前研究取得一定進展，納米技術在臨床轉化過程中仍面臨諸多挑戰，包括安全性和有效性評估、長期影響的監測及不同納米材料的生物相互作用等問題。

未來的研究需要更加重視納米技術的安全性評估，確保所使用的納米材料在體內不會引發不良反應。同時，制備既能有效促進神經再生又能最大程度減少潛在風險的納米載體，將是實現臨床應用的關鍵。為實現這一目標，各學科間的合作顯得尤為重要。生物醫學工程師、神經科學家和臨床醫生的緊密合作可推動納米技術與SCI治療的深度融合，從而加速成果的轉化。

此外，建立多中心臨床試驗平臺，將納米技術應用于SCI治療的研究成果進行驗證，將有助于提升研究的可靠性和推廣性。通過整合不同領域的知識與技術，未來的研究將可能揭示納米技術在SCI治療中的更大潛力。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] ZIMMERMANN"R，"VIEIRA"ALVES"Y，"SPERLING"L"E，"et"al."Nanotechnology"for"the"treatment"of"spinal"cord"injury[J]."Tissue"Eng"Part"B"Rev，"2021，"27（4）："353–365.

[2] RAHMANIAN"M，"GHAHREMANI"A，"KESHARWANI"P，"et"al."Nanomedicine"innovations"in"spinal"cord"injury"management："Bridging"the"gap[J]."Environ"Res，"2023，"235："116563.

[3] GONZALEZ-RUIZ"C，"CORDERO-ANGUIANO"P，"MORALES-GUADARRAMA"A，"et"al."（-）-Epicatechin"reduces"muscle"waste"after"complete"spinal"cord"transection"in"a"murine"model："Role"of"ubiquitin-proteasome"system[J]."Mol"Biol"Rep，"2020，"47（11）："8975–8985.

[4] GU"X，"ZHANG"S，"MA"W."Bibliometric"analysis"of"nanotechnology"in"spinal"cord"injury："Current"status"and"emerging"frontiers[J]."Front"Pharmacol，"2024，"15："1473599.

[5] COST?CHESCU"B，"NICULESCU"A"G，"DABIJA"M"G，"et"al."Novel"strategies"for"spinal"cord"regeneration[J]."Int"J"Mol"Sci，"2022，"23（9）："4552.

[6] WANG"W，"YONG"J，"MARCIANO"P，"et"al."The"translation"of"nanomedicines"in"the"contexts"of"spinal"cord"injury"and"repair[J]."Cells，"2024，"13（7）："569.

[7] GAO"X，"JIN"B，"ZHOU"X，"et"al."Recent"advances"in"the"application"of"gasotransmitters"in"spinal"cord"injury[J]."J"Nanobiotechnol，"2024，"22（1）："277.

[8] SEVER-BAHCEKAPILI"M，"YILMAZ"C，"DEMIREL"A，"et"al."Neuroactive"peptide"nanofibers"for"regeneration"of"spinal"cord"after"injury[J]."Macromol"Biosci，"2021，"21（1）："e2000234.

[9] ZHAO"C，"XING"Z，"ZHANG"C，"et"al."Nanopharmaceutical-"based"regenerative"medicine："A"promising"therapeutic"strategy"for"spinal"cord"injury[J]."J"Mater"Chem"B，"2021，"9（10）："2367–2383.

[10] KELLAWAY"S"C，"ULLRICH"M"M，"DZIEMIDOWICZ"K."Electrospun"drug-loaded"scaffolds"for"nervous"system"repair[J]."Wiley"Interdiscip"Rev"Nanomed"Nanobiotechnol，"2024，"16（3）："e1965.

[11] LI"D，"LUO"W，"YIN"S，"et"al."A"patent"analysis"on"nano"drug"delivery"systems[J]."Recent"Pat"Nanotechnol，"2024，"19（4）："609–628.

[12] LIU"J，"LI"S，"WANG"J，"et"al."Application"of"nano"drug"delivery"system"（NDDS）"in"cancer"therapy："A"perspective[J]."Recent"Pat"Anticancer"Drug"Discov，"2022，"18（2）："125–132.

[13] ZHOU"L，"LI"Y，"LIANG"Q，"et"al."Combination"therapy"based"on"targeted"nano"drug"co-delivery"systems"for"liver"fibrosis"treatment："A"review[J]."J"Drug"Target，"2022，"30（6）："577–588.

[14] SHEN"Y，"WANG"Y"P，"CHENG"X，"et"al."Autophagy"regulation"combined"with"stem"cell"therapy"for"treatment"of"spinal"cord"injury[J]."Neural"Regen"Res，"2023，"18（8）："1629–1636.

[15] BUYA"A"B，"MAHLANGU"P，"WITIKA"B"A."From"lab"to"industrial"development"of"lipid"nanocarriers"using"quality"by"design"approach[J]."Int"J"Pharm"X，"2024，"8："100266.

[16] RAHMANI"DEL"BAKHSHAYESH"A，"SAGHEBASL"S，"ASADI"N，"et"al."Recent"advances"in"nano-scaffolds"for"tissue"engineering"applications："Toward"natural"therapeutics[J]."Wiley"Interdiscip"Rev"Nanomed"Nanobiotechnol，"2023，"15（6）："e1882.

[17] SOUSA"J"P"M，"STRATAKIS"E，"MANO"J，"et"al."Anisotropic"3D"scaffolds"for"spinal"cord"guided"repair："Current"concepts[J]."Biomater"Adv，"2023，"148："213353.

[18] NAGOSHI"N，"SUGAI"K，"OKANO"H，"et"al."Regenerative"medicine"for"spinal"cord"injury"using"induced"pluripotent"stem"cells[J]."Spine"Surg"Relat"Res，"2024，"8（1）："22–28.

[19] MAO"J，"SAIDING"Q，"QIAN"S，"et"al."Reprogramming"stem"cells"in"regenerative"medicine[J]."Smart"Med，"2022，"1（1）："e20220005.

[20] KHAN"J，"RUDRAPAL"M，"BHAT"E"A，"et"al."Perspective"insights"to"bio-nanomaterials"for"the"treatment"of"neurological"disorders[J]."Front"Bioeng"Biotechnol，"2021，"9："724158.

[21] LIN"Y，"WAN"Y，"DU"X，"et"al."TAT-modified"serum"albumin"nanoparticles"for"sustained-release"of"tetramethylpyrazine"and"improved"targeting"to"spinal"cord"injury[J]."J"Nanobiotechnol，"2021，"19（1）："28.

[22] RAO"S，"LIN"Y，"LIN"R，"et"al."Traditional"Chinese"medicine"active"ingredients-based"selenium"nanoparticles"regulate"antioxidant"selenoproteins"for"spinal"cord"injury"treatment[J]."J"Nanobiotechnol，"2022，"20（1）："278.

[23] NAVANI"A."Biologics"in"interventional"spinal"procedure："The"past，"the"present，"and"the"vision[J]."Pain"Physician，"2023，"26（7）："E775–E785.

（收稿日期：2024–12–15）

（修回日期：2025–04–16）